Das Kabel hat ausgedient, dem Akku gehört die Zukunft: Ob Kopfhörer, Haushaltsgeräte oder Werkzeuge – wir genießen unsere Freiheit am liebsten ganz ungebunden. Doch weil die zur Akku-Herstellung benötigten natürlichen Ressourcen begrenzt sind, wird weltweit nach Alternativen zu Lithium-Akkus geforscht.

Leistungsfähige Akkus sorgen dafür, dass unser Smartphone und unsere Akku-Zahnbürste lange durchhalten, dass wir Musik am Badesee hören können und dass unser Staubsauger oder Rasenmähroboter nicht auf halber Strecke schlapp machen. Sie dienen auch als Energiespeicher für E-Fahrzeuge, als Zwischenspeicher für den Strom aus Windrädern und Solaranlagen und auch in der Industrie ist der Bedarf an Akkus enorm. 

Vor- und Nachteile der Lithium-Ionen-Technologie

Bisher basieren alle weltweit verwendeten Akkus fast ausschließlich auf der Lithium-Ionen-Technologie. Ihr großer Vorteil ist, dass diese Akkus eine höhere Energiedichte als jeder andere Akku-Typ haben und besonders langlebig sind. Ein Nachteil ist jedoch, dass sie empfindlich auf Überspannungen und Umwelteinflüsse wie Hitze und Kälte reagieren. 

Doch das ist bei Weitem nicht das größte Problem, wie unter anderem die Bundesanstalt für Materialforschung  und -prüfung (BAM) schreibt. Viel gravierender sei es, dass das Alkali-Metall nicht unbegrenzt zur Verfügung steht und sein Abbau aus Salzwasser teuer und nicht umweltfreundlich ist. Außerdem werden mit Kobalt und Nickel noch zwei weitere Metalle benötigt, die unter problematischen Bedingungen abgebaut werden und darüber hinaus giftig sind.

Kochsalz – die umweltschonende Alternative

Längst wird weltweit nach einer umweltschonenden Alternative zu Lithium gesucht. Als vielversprechendste Lösung gelten seit geraumer Zeit Akkus auf der Basis von Natrium-Ionen. Vereinfacht könnte man auch sagen: Kochsalz. 

Die innovativen Natrium-Ionen-Batterien sind eine sogenannte Drop-in-Technologie, das heißt sie können auf die bisher bekannte Batterietechnologie ohne großen Aufwand übertragen werden. Außerdem kommen sie ohne Kobalt und Nickel aus. Kann die Lösung tatsächlich so einfach sein?

Natrium-Akkus sind noch zu schwach

Natrium-Ionen-Akkus sind den Lithium-Ionen-Akkus bislang in einem entscheidenden Punkt unterlegen – in puncto Effizienz. Die Schwachstelle ist die Anode (Pluspol) oder, bildlich gesprochen, der Tank der elektrischen Batterie. Bislang können die neue Akkus einfach noch nicht genug Energie speichern. 

Für die naturwissenschaftlich Interessierten unter euch: Das liegt daran, dass das Anoden-Material bei Natrium-Ionen-Akkus aus sogenannten Hard Carbons besteht. Bei den Lithium-Ionen-Akkus ist es Graphit. Das Problem: In den Poren und Gängen des Hard Carbons lagern sich nicht nur Natrium-Ionen ein, sondern auch Ionen-leitende Flüssigkeit (Elektrolyt). Das geht dann zu Lasten der Speicherkapazität und der Effizienz. 

Vielversprechendes Forschungsprojekt

Doch der Anfang ist gemacht und die salzhaltige Akku-Alternative zu attraktiv, um jetzt noch aufzugeben. Daher wird auch in Deutschland intensiv an der Lösung geforscht. So startete die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung 2021 ein Kooperationsprojekt, das nach einem geeigneten Anoden-Material sucht. Angesiedelt ist es im neuen Batterietestzentrum, das die BAM eröffnet hat. 

Erste Hersteller planen Serienproduktion ab 2023 

Warum noch warten? Auch wenn die umweltfreundlichen Akkus der Zukunft noch in den Kinderschuhen stecken, habe einige Hersteller bereits angekündigt, ab dem kommenden Jahr mit der Massenfertigung zu beginnen. So haben in den USA die Natrium-Ionen-Akku-Hersteller Natron Energy und Clarios eine Kooperation angekündigt. 

Und auch der chinesische Akkuhersteller CATL, mit dem unter anderem die Autohersteller Mercedes und BMW zusammenarbeiten, bringt Bewegung in den Markt. Wie das Magazin „Auto, Motor, Sport“ kürzlich berichtete, haben die Chinesen Anfang 2022 ein Patent angemeldet, das die Energiedichte der ersten Natriumbatterie, die frei von Kobalt, Nickel und Lithium ist, immerhin schon um 25 Prozent steigern soll.